高等岩石力学1-5章

加载条件（loading conditions）
环境效应（environmental effects）
含水量（率） moisture content 2. 时间相关性 time-dependent effects
1.
a.
b.
c.
d.
应变率（加载速率）strain rate: the total form of the complete stress-strain curve is a function of the applied strain rate; 蠕变 creep : a material continues to strain when the applied stress is held constant; 松弛 relaxation: there is a decrease in stress within the material when the applied strain is held constant; 疲劳 fatigue: there is an increase in strain due to cyclical changes in stress.
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第1章 绪论（introduction）
岩石力学是从经验到理论然后回到工程的过程 “岩石力学是岩石力学心态的理论和应用的科 学，它是与岩石性态对物理环境的力场反应有 关的力学分支”（Judd，1964） “岩石力学主要地是与工程和采矿中遇到的那 种规模的岩体有关，因而它也可以看作对易于 接近的岩体在应力和环境条件变化下性态和特 性的研究”（J.C. Jeager，N.G.W.Cook，1979）
主要研究问题
岩体稳定性、山体稳定性、场区稳定性、区域稳 定性、地壳深部活动性
岩石力学的研究方法
科学试验、理论分析和工程验证 理论研究、数值计算、试验和工程类比
岩石力学发展历史
第2章 工程背景（Geological Setting）
作为工程材料的岩石
天然岩石环境
地质因素对岩石及岩体的影响
第4章 地应力（In situ stress）
1.
参考文献
4. 孙广忠，岩体结构力学，科学出版社，
1988 5. 周维垣主编，高等岩石力学，水利电力 出版社，1990 6. E. Hoek，J.W. Bray. Rock Slope Engineering, 1981 7. E. Hoek, E.T. Brown. Underground Excavation in Rock, 1980
参数s与岩样开裂程度相关, 值1~0 参数m与颗粒内锁（particle interlocking） 的程度有关 抗拉和抗压的关系：
t
m
c
m 4s / 2
2

扁千斤顶法
水压致裂法
水压致裂法
1. 2. 3. 4.
1. 2. 3. 4.
前提要求和假设 不能预先有裂缝 测试段便于量测水压力 能确定初始裂缝开裂的方向和位置 钻孔方向平行主应力方向 方法缺陷 对应上1 对应上4 弹性理论假设的成立 岩石抗拉强度的确定
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USBM钻孔变形应变计法
CSRIO空芯包体应变计法
高等岩石力学 advanced rock mechanics
阴 可 教授 重庆大学土木工程学院 2011.10-12
教学内容
1. 绪论 2. 工程背景
3. 力学基础知识
4. 地应力 5. 完整岩石 6. 不连续面 7. 岩体
教学内容
8. 岩体渗流 9. 各向异性与非均匀性
10. 试验技术与数值模拟
5.5.1莫尔-库仑准则(the Mohr-Coulomb criterion)
5.5.2 平面格里菲斯准则(the plane Griffith criterion)
5.5.3霍克-布朗准则(the Hoek-Brown empirical failure criterion)
1 3 m c 3 s c2
3. 岩石各向异性 Rock anisotropy
4. 不连续面 discontinuities
第5章 完整岩石（intact rock）
5.1 完整岩石试验的背景
the background to intact rock testing
早期（1960s），岩石比岩体受人关注：
这门学科是从固体材料力学发展而来； 人们采样的方式是从远处钻取圆柱状芯样。
各方法确定的应力分量
4.3 地应力分布规律
1. 地壳中主应力为压应力，方向基本上是
垂直和水平的 2. 垂直应力随深度呈线性增长 3. 水平应力分布比较复杂
最大水平应力分量绝大多数大于垂直应力 分量； ② 地壳中第一主应力方向接近水平； ③ 两个水平应力分量中比值1.4~3.3。
①
4.3 地应力分布规律
岩石的变形、强度和破坏 全应力-应变曲线（complete stress-strain curve）提供峰值后（post-peak region）的岩 石特性 峰值后的岩石特性对岩石工程有特别的意义
5.2 单轴压缩的全应力-应变曲线
the complete stress-strain curve in uniaxial compression
5.3 普通、刚性和伺服控制试验机
soft, stiff and servo-controlled testing machines
5.4 试件几何性质、加载条件和环境影响
specimen geometry, loading conditions and environmental effects
温度效应 temperature effect
温度增加，弹性模量和抗压强度的降低，峰后延性增长。 涉及液化天然气储存（低温）和核废料处置（高温）。
5.5 破坏准则（failure criteria）
岩石破坏是一个复杂的过程：无论是单个微裂纹的产生和发展，还是 多个微裂纹的发展和合并使得整个结构破裂，均不是用简单模型能 准确描述的。 传统习惯把应力看成 “因”，应变看成“果”，因此早期实验采用定 应力加载速率，用破坏时的试件应力来表示材料的强度。
4.1 概述
1. 什么是地应力？
2. 为什么要确定地应力？
3. 怎么量化表述地应力？
4.2 地应力的测量方法
直接测量法、间接测量法、指标测量法 国际岩石力学学会（ISRM）推荐： a) 扁千斤顶法（the flatjack test）； b) 水压致裂法（the hydraulic fracturing test）; c) 美国矿务局钻孔孔径变形计法（The United States Bureau of Mines (USBM) overcoring torpedo）； d) 澳大利亚联邦科学与工业组织空芯包体应变计法 （The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) overcoring gauge）。
4. 一个相当大的区域内，最大主应力方向
是相对稳定的 5. 区域构造场常常决定局部点的主应力
4.4 高地应力区的特征
1. 岩芯饼化与地应力差有关 2. 地下硐室施工过程中的岩爆、剥离
3. 隧洞、巷道、钻孔的缩颈
4. 边坡上出现错动台阶 5. 原位变形曲线的变化
4.5 高地应力产生的原因
1. 侵蚀 Erosion 2. 地质构造运动 Tectonic activity
尺寸效应（the size effect）
弹性模量没有随试样尺寸变化而明显变化，因为 它是一个平均响应
形状效应（the shape effect）
弹性模量变化小，而强度和延性由于端部效应（end effect）随宽 高比(aspect ration)增加而增加。 如何避免形状效应？两种思路：improve the lab test or use empirical formulae.
11. 岩体分类 12. 岩石动力学与流变特性 13. 岩体开挖与稳定性 14. 岩体工程
参考文献
J.A. Hudson, J.P. Harrison. Engineering Rock Mechanics, Pergamon, 1997(中译本，科学 出版社，2009) 2. J.C. Jeager, N.G.W. Cook. Fundamentals of rock mechanics. 1979(有中译本) 3. L. Muler. Rock mechanics.1974. 本书是德、 奥、美、意、法等国十名知名岩石力学家 1974年在意大利乌迪内国际岩石力学中心举 办的一次岩石力学讲座文献
参考文献
8. 9. 10. 11. 12.
杜庆华，余寿文，姚振汉。弹性理论，科学 出版社，1986 陆明万，罗学富。弹性理论基础，清华大学 出版社，1990 徐秉业，陈森灿。塑性理论简明教程，清华 大学出版社，1981 B.K. Atkinson. Fracture Mechanics of Rock ,1987(有中译本) 尹双增。断裂 损伤理论及应用，清华大学出 版社，1992
strength f (1, 2 , 3 )
strength f (1 , 2 , 3 )
strength f (1, 2 , 3 , 1, 2 , 3 )
莫尔-库仑准则表示破坏时剪应力与正应 力的关系； 平面格里菲斯准则用微裂纹扩展所需要 的应变能表示单轴抗拉强度； 霍克-布朗准则是拟合在最大、最小主应 力空间中的强度数据得到的经验准则。